前震或廣義前震識(shí)別的頻譜偏移法在2023年10月24日肅北5.5級(jí)地震預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

余娜,楊立明,孫璽皓

(青海省地震局,青海 西寧 810005)

0 引 言

直接前震或廣義前震與強(qiáng)震的孕育密切相關(guān),識(shí)別直接前震或廣義前震對(duì)地震短臨預(yù)測(cè)意義重大。近年來(lái),2010年玉樹(shù)Ms7.1、2021年漾濞Ms6.4等地震前具有明顯的直接前震,因而判斷一次中等地震是否是直接前震或廣義前震顯得尤為重要。

5級(jí)以上強(qiáng)震前發(fā)生的對(duì)未來(lái)主震時(shí)間、地點(diǎn)具有一定指示意義的中等地震是地震孕育進(jìn)入短期階段的時(shí)間判據(jù)之一[1-2]。為了識(shí)別這種顯著地震事件與正常背景性同類強(qiáng)度地震活動(dòng),利用數(shù)字化資料分析這類地震的頻譜特征,發(fā)現(xiàn)5級(jí)以上地震前,發(fā)生的顯著地震事件的頻譜存在頻譜范圍變窄、向低頻端偏移的特征,而無(wú)5級(jí)以上地震發(fā)生的正常背景性同類強(qiáng)度中等地震的頻帶較寬、沒(méi)有向低頻偏移的特征,進(jìn)而提出了直接前震或廣義前震的頻譜偏移法,主要是用來(lái)識(shí)別是正常背景性的中等地震活動(dòng)還是強(qiáng)震前的直接前震或廣義前震[2]。其判定依據(jù)為:中等地震的頻譜范圍變窄且向低頻端偏移說(shuō)明是直接前震或廣義前震,優(yōu)勢(shì)頻段集中在0～1.5 Hz,中等地震的頻譜范圍較寬且沒(méi)有向低頻端偏移說(shuō)明是正常背景的中等震級(jí)地震活動(dòng)[2-6]。

上述判據(jù),與巖體爆破實(shí)驗(yàn)[7]和聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)[8]結(jié)果一致。強(qiáng)震前中等地震的頻帶具有向低頻端偏移特征,其原因可能與強(qiáng)震前區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)積累到臨界狀態(tài)時(shí),區(qū)域介質(zhì)亞穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展或破碎損傷、裂隙擴(kuò)展等過(guò)程有關(guān)。

本文利用青海、甘肅兩省的25個(gè)測(cè)震臺(tái)記錄的數(shù)字波形資料,通過(guò)Mapsis 軟件的快速傅里葉變換(FFT)對(duì)2023年10月22日23時(shí)14分甘肅酒泉市肅北4.7級(jí)地震進(jìn)行均方譜處理。

1 頻譜偏移法

頻譜偏移法是利用快速傅里葉變換(FFT)對(duì)地震波形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并頻譜特征分析[6],根據(jù)其頻譜特征判斷中等地震是否是直接前震或廣義前震。序列頻譜特征其理論公式為:

(1)

地震事件三分量(NS、EW、UD)的頻譜分析結(jié)果一致,本文采用UD分量的波形資料進(jìn)行頻譜計(jì)算。目前我國(guó)數(shù)字地震資料的采樣間隔為0.01 s,最大頻率為50 Hz[2-6]。

2 頻譜特征分析

2023年10月22日23時(shí)14分甘肅酒泉市肅北發(fā)生了4.7級(jí)地震,震中附近測(cè)震臺(tái)站稀疏,0～400 km半徑范圍內(nèi)共有25個(gè)測(cè)震臺(tái)站(圖1)。其中,0～200 km半徑范圍內(nèi)9個(gè)測(cè)震臺(tái)站,包括昌馬(CHM)、青頭山(QTS)、嘉峪關(guān)(JYG)、安西(AXX)、金佛寺(JFS)、石包城(SBC)、俞井子(YJZ)、音凹峽(YWX)和德令哈(DLH);200～300 km半徑范圍內(nèi)8個(gè)測(cè)震臺(tái)站,包括錫鐵山(XTS)、敦煌(DHT)、高臺(tái)(GTA)、柳園(LYT)、肅南(SNT)、大柴旦(DCD)、天峻(TIJ)和烏蘭(WUL);300～400 km半徑范圍內(nèi)8個(gè)測(cè)震臺(tái)站,包括溫泉(WEQ)、山丹(SDT)、張掖(ZHY)、都蘭(DUL)、格爾木(GOM)、冷湖(LEH)、NMH和祁連(QIL)。通過(guò)計(jì)算這25個(gè)測(cè)震臺(tái)記錄的波形數(shù)據(jù)UD分量的頻譜,發(fā)現(xiàn)其中有23個(gè)測(cè)震臺(tái)站的頻帶有明顯變窄且向低頻端偏移的現(xiàn)象,優(yōu)勢(shì)頻段在0～1.5 Hz(圖2),因此認(rèn)為該地震存在明顯的頻譜偏移現(xiàn)象,并據(jù)此結(jié)果認(rèn)為10月22日23時(shí)14分肅北4.7級(jí)地震具有前震或廣義前震的屬性。

圖1 肅北4.7級(jí)地震附近臺(tái)站的空間分布

圖2 肅北4.7級(jí)地震震中附近部分偏移臺(tái)站的FFT均方譜

10月24日19時(shí)32分在甘肅酒泉市肅北縣發(fā)生了5.5級(jí)地震,空間上距10月22號(hào)肅北4.7級(jí)地震7 km,時(shí)間上相距2天。根據(jù)梅世蓉等人[9]對(duì)直接前震的定義,“強(qiáng)震震前40天、距主震100 km內(nèi)發(fā)生中等地震被認(rèn)為是直接前震”。因此,認(rèn)為10月22日肅北4.7級(jí)地震屬于直接前震。

隨著24日肅北縣5.5級(jí)地震的發(fā)生,作者10月23日在震前利用前震或廣義前震識(shí)別的頻譜偏移法對(duì)10月22日肅北4.7級(jí)地震前震或廣義前震屬性的判定,進(jìn)一步驗(yàn)證了前震或廣義前震識(shí)別的頻譜偏移法的有效性,是一次地震預(yù)測(cè)實(shí)踐中的成功震例。

3 結(jié) 論

2023年10月22日23時(shí)14分甘肅酒泉市肅北發(fā)生4.7級(jí)地震,空間位置距10月24日19時(shí)32分甘肅酒泉市肅北5.5級(jí)地震7 km,時(shí)間上相距2天,兩次地震的震級(jí)差為0.8。根據(jù)前震的定義,從兩次地震的時(shí)間間隔、空間位置等可知,肅北4.7級(jí)地震屬于肅北5.5級(jí)地震的直接前震。

利用直接前震或廣義前震識(shí)別的頻譜偏移法計(jì)算10月22日肅北4.7級(jí)地震的頻率譜,發(fā)現(xiàn)肅北4.7級(jí)地震具有頻帶變窄、向低頻端偏移的特征,認(rèn)為肅北4.7級(jí)地震屬于直接前震或廣義前震,隨后10月24日肅北縣發(fā)生了5.5級(jí)地震,因此,震前對(duì)肅北4.7級(jí)地震直接前震或廣義前震屬性的判定,進(jìn)一步驗(yàn)證了前震或廣義前震識(shí)別的頻譜偏移法的有效性。